一种冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子的制作方法
本实用新型涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子。
背景技术：
绝缘子是一种最常用、使用量最大、分布最广的绝缘设备，是输电线路的重要组成部分，是唯一的电气绝缘件和重要的结构支撑件，绝缘子性能及其配置的合理性直接影响线路的安全稳定运行。绝缘子是为了增加爬电距离的，通常由玻璃或陶瓷制成。绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。
绝缘子的主要功能是实现电气绝缘和机械固定，为此规定有各种电气和机械性能的要求。绝缘子大多处于人员稀少的地区，定位困难、维护不便，严重影响输电线路的耐雷水平，严重情况使得绝缘子发生闪络，发生单相短路故障造成跳闸事故。
现有绝缘子主要通过使用绝缘材料来实现杆塔与输电线路之间的电气绝缘，不具有建弧抑制能力。当输电线路受到雷击时，绝缘子极易发生闪络，导致停电事故的发生，长时间停电对国民经济有巨大影响。针对这些问题，提出一种利用冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出了一种利用冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子。本实用新型提出了一种全新的建弧抑制绝缘子，可以应用于输电线路，有效弥补了现有绝缘子的不足。
一种冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子，由一个或者一个以上的内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件组成，半封闭管件的开口端与另一个半封闭管件的封闭口端连接。
进一步地，所述半封闭管件包括反冲组件和接闪组件，所述接闪组件设置在反冲组件的一端封闭设置。
进一步地，所述反冲组件包括反冲组件壁和若干个圆形的爬弧边，若干个圆形的爬弧边固定设置在反冲组件壁的外侧。
进一步地，所述反冲组件壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，高强度耐高温耐高压的非导电材料采用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。
进一步地，所述若干个圆形的爬弧边的半径均不同，等间距设置在反冲组件壁的外侧。
进一步地，所述爬弧边内部设置有若干个反冲喷管道，所述若干个反冲喷管道与半封闭管件的内部中空管道连通，反冲喷管道的外侧设置有电弧喷孔，电弧从电弧喷孔喷出。
进一步地，所述绝缘子两端分别设置有绝缘子端部金属杆，所述绝缘子端部金属杆设置有引弧环，所述引弧环上设置有导弧线，所述导弧线把引弧环与爬弧边连接或者把相邻的两个爬弧边连接，所述接闪组件设置为锥形结构，且接闪组件使用导电材料制成，导弧线与爬弧边的上端连接处设置有电弧入口，导弧线与爬弧边的下端连接处设置有电弧出口。
进一步地，所述接闪组件底部的反冲组件上设置有反冲组件口，所述反冲组件口的数量为2-6个，反冲组件口倾斜设置，倾斜角度为10-75°。
进一步地，所述反冲组件内部空心结构的半径从上到下逐渐变小。
本实用新型绝缘子内部由多个反冲组件串联而成，所述的反冲组件为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件。反冲组件封闭端使用的是圆锥体结构的接闪组件，是利用导电材料制成的。第二级及之后的反冲组件均设有倾斜的侧面反冲组件口，反冲气体由此喷出。
绝缘子及反冲组件壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，绝缘子最外部是裙边，可以增加爬电距离。
当电弧进入建弧抑制绝缘子时，首先进入第一级反冲组件，进入到反冲组件内部的电弧称为入口电弧(电弧方向为正方向)，入口电弧的弧柱直径因为受到反冲组件中管壁限制和狭管灌注作用，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，反冲组件内压强急剧上升；入口电弧快速进入反冲组件，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向圆锥体接闪组件并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧(电弧方向为负方向)，并离开反冲组件。
电弧在经过绝缘子第一级反冲组件后能量已经大大削减，剩余电弧通过金属材质的接闪组件进入第二级反冲组件，第二级反冲组件对剩余电弧的作用同上一级反冲组件，产生的反冲气体从侧面反冲组件口喷出，电弧能量进一步削减。之后的灭弧过程均如上述无异，直至电弧被完全熄灭。
建弧抑制绝缘子的安装与现有绝缘子的安装方法类似，第一级通过两根导电的钢线与输电线相连，最后一级通过金具与杆塔横担相连。
进一步说明，每一级反冲组件的侧面反冲组件口有四个，位于反冲组件壁并呈“十”字形中心对称排布。
本实用新型的技术原理：
本实用新型中的管状反冲组件之前都有一个狭管灌注通道，这是电弧进入装置的唯一通道。灌注过程中产生多样的物理变化。
1.电弧发生弹性形变。电弧在进入反冲组件入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。
2.电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式
3.压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。
绝缘子的灭弧过程如下步骤：
步骤1：电弧从绝缘子的一端进入反冲组件内，进入到反冲组件内部的电弧称为入口电弧，假设入口电弧方向为正方向，入口电弧的弧柱直径因受到反冲组件管壁限制和狭管灌注作用，反冲组件内压强上升，反冲组件的径向变细使入口电弧产生轴向弹力，冲击到接闪组件上并发生弹性碰撞，入口电弧一部分的方向发生180°转化，形成出口电弧，出口电弧为负方向，并离开反冲组件，且在反冲组件入口处与后来的入口电弧形成对冲抵消；
步骤2：入口电弧另一部分经过接闪组件进入到下一个反冲组件；
步骤3：重复按照步骤1-步骤2的过程进行电弧反冲和对冲直到电弧熄灭。
灭弧过程：
在管状反冲组件的其中一个端口被电极堵住密封，另一端完全开通，使管状反冲组件构成半封闭管件。
发生雷击电弧闪络、电弧进入反冲组件入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力；
进入到管状反冲组件内部的电弧称为入口电弧(电弧方向为正方向)，入口电弧的弧柱直径因为受到反冲组件中管壁限制和狭管灌注作用，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，反冲组件内压强急剧上升；入口电弧快速进入反冲组件，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向接闪组件并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧(电弧方向为负方向)，出口路径是从反冲组件内部的灌注细管的入口冲出，并离开反冲组件。
在反冲组件中，运动方向相反的入口电弧和出口电弧形成的压强叠加、温度叠加和密度叠加效应，使反冲组件内的压强极速倍增；最终，外电弧和反冲组件内的电弧形成内外压强差、温度差、密度差、速度差，使内电弧受到反冲作用冲出反冲组件，削弱反冲组件内的能量，同时阻碍入口电弧的进入，在反冲组件入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭；反冲出来的出口电弧作用于反冲组件入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断。
电弧在经过绝缘子第一级反冲组件后能量已经大大削减，剩余电弧通过接闪组件进入第二级反冲组件，再次削弱电弧能量，然后依次进行上述过程，直至电弧熄灭。
本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：
本实用新型可以提升防雷装置安全能力，因为它是通过阻断电弧注入实现的；新型绝缘子比现有的绝缘子多了建弧抑制功能，降低了电力系统发生短路的概率，在各种自然界扰动之前，所有闪络点都能有效的终止，防雷的性价比提高；本申请的绝缘子维护成本低、效率高。
附图说明
图1为本实用新型绝缘子剖面图。
图2为本实用新型绝缘子侧视图。
图3为本实用新型绝缘子安装结构示意图。
图4为本实用新型另一种结构示意图。
图5为本实用新型图4的爬弧边剖面图。
图中：1-反冲组件、2-接闪组件、3-反冲组件壁、4–爬弧边、5–电极、6–反冲组件口、7–绝缘子端部金属杆、8–引弧环、9–导弧线、10–电弧喷孔、11–导弧电极、12–反冲喷管道、13–电弧入口、14–电弧出口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
实施例1：
请参阅图1-2，本实用新型提供一种冲击电弧反冲能量实现建弧抑制的绝缘子，由一个或者一个以上的内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件组成，半封闭管件的开口端与另一个半封闭管件的封闭口端连接。由于库仑力的作用，电弧会从绝缘子的开口端进入，然后电弧在内部中空的结构内流动，然后撞击到底部的封闭的底部时，由于弹性碰撞，一部分的电弧的方向会发生翻转，与刚开始的电弧方向相反，从而使一部分的反向电弧和后面进入的电弧形成了对冲的作用，相互的抵消，实现对电弧的削弱。然后有另外一部分的电弧经过底部导弧的作用进入下一个半封闭管件内，然后按照上述的原理进行反冲和对冲，最终实现电弧的熄灭。
本申请的绝缘子灭弧不存在时滞效应，狭管灌注效应，充分利用电弧等离子体发生弹性形变，电弧等离子体在进入反冲组件入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。
实施例2：
半封闭管件包括反冲组件1和接闪组件2，所述接闪组件2设置在反冲组件1的一端封闭设置。反冲组件1的管壁设置为绝缘材料，反冲组件1内部的空管结构可以是圆形或者方形，接闪组件2的堵封结构与空管结构的形状相同，从而形成一个半封闭的状态，使得电弧更好的反冲。反冲组件1可以设置为直管结构或者有弧度结构等均是本申请的保护结构，并且反冲组件1的长短根据实际生产或者具体的电弧大小进行设定。
实施例3：
反冲组件1包括反冲组件壁3和若干个圆形的爬弧边4，若干个圆形的爬弧边4固定设置在反冲组件壁3的外侧。若干个圆形的爬弧边4的半径均不同，等间距设置在反冲组件壁3的外侧。爬弧边4的圆形半径均是不同的，一般设置两端的爬弧边4的半径相对较大，因为两端的电压会更高，从而更好的满足电弧的爬行距离，实现更好的灭弧。爬弧边4的个数为一般是5-7个，设置的距离一般为60mm。
实施例4：
反冲组件壁3由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，高强度耐高温耐高压的非导电材料采用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。使用上述的材料具有灭弧阈值高的特点，采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，从而使得灼烧的温度更高。
实施例5：
接闪组件2设置为锥形结构，且接闪组件2使用导电材料制成。设置了上述的结构，使得电弧冲击在接闪组件2上时，使得底部有一部分的电弧根据逐渐变小的结构再导引出一部分的电弧，使得这一部分的电弧进入下一个反冲组件1。设置上述的结构均具有导弧的效果，使得电弧能够逐级被削弱，最后实现灭弧。
实施例6：
接闪组件2底部的反冲组件1上设置有反冲组件口6，所述反冲组件口6的数量为2-6个，反冲组件口6倾斜设置，倾斜角度为10-75°。反冲组件口6设置为倾斜向上的结构，与电弧进行的方向相反，与反冲回来的电弧的方向大概相同，但是需要成一定的角度，由于整个绝缘子是一条直线下来，因此无法设置为与反冲的电弧相同，但是设置成角度为10-75°时，反冲出去的气体也是很多的，也很好的达到了反冲的效果。在接闪组件2的底部形成对冲后，对冲后的气体能量从反冲组件口6喷出。
实施例7：
反冲组件1内部空心结构的半径从上到下逐渐变小。内部空心结构的半径慢慢变小，使得电弧往内运动时，达到了一个压缩的效果了，使得温度上升，压力增大，反冲的效果更好，然后在出口处形成的对冲更加的强烈，使得灭弧的效果更好。
实施例8：
所述爬弧边4内部设置有若干个反冲喷管道12，所述若干个反冲喷管道12与半封闭管件的内部中空管道连通，反冲喷管道12的外侧设置有电弧喷孔10，电弧从电弧喷孔10喷出。所述绝缘子两端分别设置有绝缘子端部金属杆7，所述绝缘子端部金属杆7设置有引弧环8，所述引弧环8上设置有导弧线9，所述导弧线9把引弧环8与爬弧边4连接或者把相邻的两个爬弧边4连接，所述接闪组件2设置为锥形结构，且接闪组件2使用导电材料制成。
在每个爬弧边4内设置反冲灭弧路径，反冲灭弧路径由多个反冲喷管道12连接而成，单反冲喷管道12之间的连接示意图如图5所示：反冲喷管道12内部中空，一端用金属导弧电极11全封堵，构成一个半封闭空间；其中，反冲喷管道12的材料可以为普通陶瓷材料、稀土陶瓷材料或其他耐高温耐高压绝缘材料。相邻反冲喷管道12的两个导弧电极11之间用金属导弧线9相连，使电弧能够在设定的路径内。
每一片爬弧边4的相邻两个反冲喷管道12的未封堵端均设有电弧喷孔10，电弧喷孔10均匀分布在每片爬弧边4外边缘处。
每一片设有反冲灭弧路径的爬弧边4上表面留有一电弧入口13，下表面留有一电弧出口。相邻的两片爬弧边4之间用金属导弧线9相连，导弧线9的两端分别连接相邻两片爬弧边4的出口与入口，使电弧能在多个反冲路径内多次对电弧进行灭弧。导弧线9与爬弧边4的上端连接处设置有电弧入口13，导弧线9与爬弧边4的下端连接处设置有电弧出口14。
一般绝缘子的两端是连接固定用的绝缘子端部金属杆7，在两端绝缘子端部金属杆7上分别设置金属引弧环8，引弧环8通过导弧线9连接到爬弧边4反冲管的电弧入口。引弧环的作用为：将反冲绝缘子串附近的雷电闪络电弧牵引到反冲入口。
具体的灭弧过程：局部电弧一般首先在绝缘子串两端形成，当局部电弧产生时，引弧环将绝缘子串两端局部电弧牵引到爬弧边4反冲管的电弧入口处，电弧同时从绝缘子串两端电弧入口进入，然后在两端绝缘子片的锯齿形电弧通道内进行反冲灭弧，剩余电弧从各个喷口喷出；接着，未熄灭的电弧会经过导弧线，由绝缘子串两端向中间部位传导，电弧依次在各个裙边内重复进行反冲灭弧作用，直至电弧被完全熄灭。
绝缘子的灭弧具体步骤如下：
步骤一，电弧进入首先进入第一级反冲组件，其中第一级反冲组件、第二级反冲组件或者第n级反冲组件，其数量级排布是根据电弧进入的第一反冲组件，依次往下根据数量级增加。进入到反冲组件内部的电弧称为入口电弧(电弧方向为正方向)，入口电弧的弧柱直径因为受到反冲组件管壁限制和狭管灌注作用，反冲组件内压强急剧上升；入口电弧快速进入反冲组件，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向圆锥体接闪组件并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧(电弧方向为负方向)，并离开反冲组件。
步骤二，在管状反冲组件中，外电弧和反冲组件内的电弧形成内外压强差、温度差、密度差、速度差，使内电弧受到反冲作用冲出反冲组件，削弱反冲组件内的能量，同时阻碍入口电弧的进入，在反冲组件入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭；反冲出来的出口电弧作用于反冲组件入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断。
步骤三，电弧在经过绝缘子第一级反冲组件后能量已经大大削减，剩余电弧通过导电的接闪组件进入第二级反冲组件，再次进行反冲作用，反冲气体从倾斜的侧面反冲组件口喷出，电弧能量进一步削减。
步骤四，之后的反冲过程同第二级反冲组件，经过多级反冲作用，电弧最终完全熄灭。
其中可定义外电弧在入口处速度为v0，压强为p0，密度为ρ0，温度为t0。外电弧进入反冲组件后，形成的入口电弧速度v1，压强为p1，密度为ρ1，温度为t1。经过引弧组件后出口电弧速度v2，压强为p2，密度为ρ2，温度为t2。外电弧通过入口进入反冲组件形成了内电弧，内电弧受到反冲组件壁的限制，直径被大尺度机械压缩，使得内电弧温度、密度、压强和速度均上升。不考虑电弧能量流失和摩擦作用，当入口电弧经过接闪组件实现弹性碰撞瞬间，认为v1＝-v2，即入口电弧速度大小与出口速度大小相等，方向相反。考虑电弧能量流失和摩擦作用，入口电弧经过接闪组件碰撞后，认为∣v2∣＜∣v1∣，即出口速度大小比入口速度小，方向相反。出口电弧受到入口电弧的阻碍作用，出口电弧直径比入口电弧直径小，使出口电弧的密度、温度和压强均比入口电弧的大，即ρ2＞ρ1，t2＞t1，p2＞p1，这些共同作用，使v2增速大于v1增速，即a2＞a1。随着出口电弧直径不断被压缩，使得出口电弧密度、温度和压强不断增大，最终形成v2＞v1，促使出口电弧从入口处冲出反冲组件。出口电弧以冲出反冲组件后，对外电弧形成空腔效应，破坏电弧连续性，削弱电弧能量，加速其截断和熄灭。
考虑到反冲组件中原有存在着空气，当电弧进入反冲组件后，形成的一系列效应和机制，使得反冲组件中的空气被压缩，造成反冲组件内气压升高，减小了电子的自由行程长度，削弱和抑制了电离过程，使电气绝缘强度显著提高，有利于电弧截断和熄灭。根据实验数据可知，当空气从0.1mpa(1atm)被压缩至2.8mpa时，被压缩空气击穿电压可上升至标准空气击穿电压(30kv/cm)的9～12倍，极大地提高了电气绝缘强度。反冲组件中原有的空气，受到反冲组件中温升效应和压升效应的影响，产生的喷射气流从反冲组件喷射并作用于外电弧，利用气流对外电弧的空腔效应，加速外电弧的对流、辐射和传导，使电弧由导电性转化为介质性，形成电弧自熄灭。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
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